1. Kuvvet ve iş ilişkisi

Günlük yaşamda ders çalışmak, kitap okumak, odanı toplamak veya bir eşyayı taşımak için “iş yapmak” ifadesini kullanırız. Ancak fen bilimlerinde iş kavramının özel bir anlamı vardır.

Fiziksel anlamda iş yapılabilmesi için bir cisme kuvvet uygulanmalı ve cisim bu kuvvet doğrultusunda yer değiştirmelidir.

Örnek 1: Kutuyu itmek

Bir öğrenci kutuyu ileri doğru itiyor ve kutu da ileri doğru hareket ediyorsa fiziksel anlamda iş yapılır.

İş yapılır

Örnek 2: Duvarı itmek

Bir kişi duvarı ne kadar güçlü iterse itsin duvar yer değiştirmiyorsa fiziksel anlamda iş yapılmaz.

İş yapılmaz

Örnek 3: Çantayı sabit tutmak

Öğrenci çantayı elinde tutarken kuvvet uygular. Ancak çanta yer değiştirmediği için çanta üzerinde fiziksel anlamda iş yapılmaz.

İş yapılmaz

Fiziksel anlamda iş nelere bağlıdır?

• Kuvvet: Cisme uygulanan kuvvetin büyüklüğü önemlidir.
• Yer değiştirme: Cismin konumunun değişmesi gerekir.
• Kuvvetin yönü: Kuvvet ile yer değiştirme arasındaki yön ilişkisi önemlidir. ( Uygulanan kuvvet ile cismin hareket doğrultusu aynı olmalıdır.)

Basit durumlarda kuvvet ve yer değiştirme aynı yöndeyse yapılan iş, kuvvetin büyüklüğü ve alınan yol arttıkça artar.

İşin birimi

Fiziksel anlamda yapılan işin SI birimi joule (J) olarak adlandırılır.

Basit ve aynı yönlü kuvvet durumlarında:

\[ W=F \times x \]

• \(W\): Yapılan iş (joule)
• \(F\): Kuvvet (newton)
• \(x\): Yer değiştirme (metre)

Örneğin bir kutuya hareket yönünde 10 N kuvvet uygulanarak kutu 3 m hareket ettirilirse:

\[ W=10 \times 3=30\ \text{J} \]

Canip Hoca’dan püf noktası

Günlük yaşamda yorulmak, fiziksel anlamda mutlaka iş yapıldığı anlamına gelmez. Bir duvarı itmek veya ağır bir çantayı sabit tutmak yorucu olabilir; fakat cisim yer değiştirmiyorsa cisim üzerinde fiziksel anlamda iş yapılmaz.

2. Kinetik enerji

Hareket eden cisimlerin sahip olduğu enerjiye kinetik enerji denir.

Günlük yaşamdan kinetik enerji örnekleri:

• Hareket eden otomobil
• Yuvarlanan futbol topu
• Koşan öğrenci
• Akan su
• Hareket eden bisiklet

Kinetik enerji nelere bağlıdır?

1. Cismin kütlesi: Aynı hızla hareket eden cisimlerden kütlesi daha büyük olanın kinetik enerjisi daha fazladır.

Örneğin aynı hızla hareket eden bir kamyonun kinetik enerjisi, bir bisikletinkinden daha fazladır.

2. Cismin sürati: Kütleleri aynı olan cisimlerden sürati daha fazla olanın kinetik enerjisi daha fazladır.

Örneğin aynı kütledeki iki toptan hızlı hareket edenin kinetik enerjisi daha fazladır.

Aklında kalsın!

Kinetik enerji = hareket enerjisi.

Cismin kütlesi veya sürati arttığında kinetik enerjisi de artar. TYMM kapsamında bu ilişkileri karşılaştırmalarla açıklayabilmelisin.

3. Potansiyel enerji

Cisimlerin konumlarından veya esnekliklerinden dolayı sahip oldukları enerjiye potansiyel enerji denir.

Bu ünitede iki tür potansiyel enerji üzerinde durulur:

A. Çekim potansiyel enerjisi

Bir cismin yerden yüksekliği ve kütlesi ile ilişkili olan potansiyel enerjidir.

Örnekler:

• Yüksek rafta duran kitap
• Dalda duran elma
• Yüksek bir noktada bulunan kaya
• Havada tutulan top

Çekim potansiyel enerjisini etkileyen faktörler:

• Yükseklik: Aynı kütleli cisimlerden daha yüksekte bulunanın çekim potansiyel enerjisi daha fazladır.
• Kütle: Aynı yükseklikte bulunan cisimlerden kütlesi daha büyük olanın çekim potansiyel enerjisi daha fazladır.

Örneğin aynı yükseklikteki bir basketbol topu ile tenis topunu karşılaştıralım. Basketbol topunun kütlesi daha büyük olduğundan çekim potansiyel enerjisi de daha fazladır.

B. Esneklik potansiyel enerjisi

Esnek cisimlerin sıkıştırılması veya gerilmesi sonucunda depolayabildiği enerjiye esneklik potansiyel enerjisi denir.

6

Örnekler:

• Gerilmiş yay
• Sıkıştırılmış yay
• Gerilmiş lastik
• Kurmalı oyuncakların bazı yaylı mekanizmaları

Esnek cisim serbest bırakıldığında depoladığı enerji hareket oluşturabilir.

Dikkat!

Her cisim yalnızca yüksekliğinden dolayı değil, esnekliğinden dolayı da potansiyel enerji depolayabilir. Gerilmiş bir yay ile yüksek raftaki kitap farklı nedenlerle potansiyel enerjiye sahiptir.

4. Kinetik ve potansiyel enerji karşılaştırması

Özellik	Kinetik enerji	Potansiyel enerji
Diğer adı	Hareket enerjisi	Depolanmış enerji olarak düşünülebilir
Neye bağlıdır?	Hareket ve sürat, kütle	Konum veya esneklik
Örnek	Koşan çocuk	Yüksek raftaki kitap
Başka enerji türüne dönüşebilir mi?	Evet	Evet

Her ikisi de enerjidir. Bir cisim aynı anda hem kinetik hem de potansiyel enerjiye sahip olabilir.

Örneğin yukarıdan aşağıya doğru hareket eden bir top, hareket ettiği için kinetik enerjiye sahiptir. Yerden belirli bir yükseklikte olduğu için de çekim potansiyel enerjisine sahiptir.

5. Enerji dönüşümleri

Enerji bir türden başka bir türe dönüşebilir. Kinetik enerji ile potansiyel enerji de birbirine dönüşebilir.

Örnek 1: Yukarıdan bırakılan top

wayground.com

Bir top yüksek bir noktadan serbest bırakıldığında:

1. Başlangıçta çekim potansiyel enerjisi yüksektir.
2. Top aşağı düşerken çekim potansiyel enerjisi azalır.
3. Topun sürati arttıkça kinetik enerjisi artar.

Hava direncinin ihmal edildiği ideal durumda top düşerken potansiyel enerji kinetik enerjiye dönüşür.

Örnek 2: Yukarı fırlatılan top

fisicanaveia2010.blogspot.com

1. Top yukarı doğru hareket ederken kinetik enerjiye sahiptir.
2. Yükseldikçe sürati azalır ve çekim potansiyel enerjisi artar.
3. En yüksek noktada, topun anlık sürati sıfır olduğunda kinetik enerjisi sıfır olur; çekim potansiyel enerjisi ise en yüksek değerindedir.

Bu açıklama, topun hava direnci ihmal edilerek yukarı doğru atıldığı durum içindir.

Örnek 3: Salıncakta sallanan çocuk

pinterest.com

• Salıncağın en yüksek noktalarında çekim potansiyel enerjisi daha fazladır.
• En alçak noktadan geçerken kinetik enerjisi daha fazladır.
• Salıncak hareket ettikçe bu iki enerji türü birbirine dönüşür.

6. Enerjinin korunumu

Enerji yoktan var edilemez ve yok edilemez; bir türden başka bir türe dönüşebilir. Buna enerjinin korunumu denir.

Örneğin yukarıdan bırakılan bir topun çekim potansiyel enerjisi düşerken kinetik enerjiye dönüşür. İdeal koşullarda toplam mekanik enerji sabit kalır.

Gerçek yaşamda ise hava direnci ve sürtünme nedeniyle mekanik enerjinin bir bölümü ısı gibi başka enerji türlerine dönüşebilir. Bu durumda enerji yok olmaz; yalnızca farklı biçimlerde bulunur.

Canip Hoca’dan önemli bilgi

Enerji dönüşümlerinde enerjinin tamamının yok olduğunu düşünme. Sürtünme nedeniyle hareket enerjisinin bir kısmı ısıya dönüşebilir. Enerji korunur, ancak enerjinin bulunduğu biçim değişebilir.

7. Konu özeti

Fiziksel iş

Kuvvet ve uygun yönde yer değiştirme gerekir. Birimi joule’dür.

Kinetik enerji

Hareket eden cisimlerin enerjisidir. Kütle ve sürat ile ilişkilidir.

Çekim potansiyel enerjisi

Cismin kütlesi ve yerden yüksekliği ile ilişkilidir.

Esneklik potansiyel enerjisi

Sıkıştırılmış veya gerilmiş esnek cisimlerde depolanabilir.

Enerjinin korunumu

Enerji yok olmaz; dönüşebilir ve farklı biçimlerde bulunabilir.

8. Kendini değerlendir

Her soruda bir seçeneği işaretle ve cevaplarını kontrol et.

1. Bir öğrenci duvarı itiyor ancak duvar hareket etmiyor. Duvar üzerinde fiziksel anlamda iş yapılır mı?A) Evet, çünkü kuvvet uygulanıyor.B) Hayır, çünkü duvar yer değiştirmiyor.C) Evet, çünkü öğrenci yoruluyor.

2. Aynı süratle hareket eden iki araçtan hangisinin kinetik enerjisi daha fazladır?A) Kütlesi büyük olanınB) Kütlesi küçük olanınC) İkisinin de her zaman eşittir.

3. Aynı kütledeki iki cisimden hangisinin çekim potansiyel enerjisi daha fazladır?A) Yere daha yakın olanınB) Daha yüksekte olanınC) Her zaman eşittir.

4. Gerilmiş bir yay hangi enerji türünü depolayabilir?A) Kinetik enerjiB) Çekim potansiyel enerjisiC) Esneklik potansiyel enerjisi

5. Hava direnci ihmal edildiğinde düşen bir topun enerjisinde hangi dönüşüm gerçekleşir?A) Kinetik enerji çekim potansiyel enerjisine dönüşür.B) Çekim potansiyel enerjisi kinetik enerjiye dönüşür.C) Enerji tamamen yok olur.

Cevapları kontrol et